中国科学技术大学最新Nature
2026-02-04
10003
iNature
量子网络集成了量子通信、量子计量和分布式量子计算，可以提供安全高效的信息传输、高分辨率的传感和信息处理的指数级加速。长距离的确定性纠缠分布是可扩展量子网络的先决条件。然而，光纤中的指数光子损耗阻碍了有效和确定的纠缠分布。量子中继器将纠缠交换和纠缠纯化与量子存储器结合在一起，为克服基于光纤的量子网络中的这一限制提供了最有前途的方法7
2026年2月2日，中国科学技术大学潘建伟、张强、万雍、汪野共同通讯在Nature在线发表题为“Long-lived remote ion-ion entanglement for scalable quantum repeaters”的研究论文。该研究首次实现了远程囚禁离子量子存储之间的长寿命纠缠，其相干时间超过了平均纠缠建立时间。
该成果依托长寿命囚禁离子量子记忆、高效低噪声的电信波段量子频率转换以及高可见度单光子纠缠协议，在10公里光纤中实现了稳定的离子—离子纠缠，并进一步完成了长距离设备无关量子密钥分发的原理性演示。这一成果为多级纠缠交换和可扩展量子网络奠定了关键物理基础。
量子中继器为克服基于光纤的量子网络中的指数光子损失提供了最有前途的方法。量子不再在用户之间直接发送光子中继器建立中间节点，并使用量子存储器的纠缠交换来减少光子损失。例如，1，000 km光纤上的直接纠缠分布将遭受1020的光子损失，而引入10个中继器节点可以将这一损失减少到大约102。
这种方法显著提高了分配效率，并且能够实现长距离的确定性纠缠。作为量子中继器的基本先决条件，量子纠缠必须在每个节点上存活得比纠缠建立时间更长，因此相邻节点可以通过纠缠交换来连接。此外，高保真确定性纠缠实现了独立于设备的量子密钥分发(DI-QKD)，这是量子密码术的最终目标，它通过违反贝尔不等式来认证密钥生成，从而提供信息理论安全性，而不管设备的可信度或信道完整性。
远程囚禁离子量子纠缠的整体实验架构与光路设计（图源自Nature）
该研究首次实现了纠缠寿命超过建立时间的远程量子存储纠缠，标志着量子中继从“理论可行”迈入“物理可实现”的新阶段。通过囚禁离子、低噪声电信接口和高稳定相位控制的协同设计，研究团队为多级纠缠交换、长距离设备无关量子通信乃至未来量子互联网奠定了关键基础。随着量子存储寿命、纠缠速率和多节点网络架构的进一步提升，跨城市、跨区域的安全量子网络正加速走向现实。该工作为量子中继器提供了一个关键的构建模块，标志着向可扩展的量子网络迈出了重要的一步。
